[发明专利]内环流密闭式光催化还原CO2膜反应装置及还原方法

权利要求书

1.一种内环流密闭式光催化还原CO₂膜反应装置，包括供气系统(A)、循 环系统(B)、检测系统(C)、分离系统(D)和反应系统(E)，其特征在于：

所述供气系统(A)包括CO₂气源(1)以及安装于供气输出管道(100)上的减压 阀(2)，所述供气输出管道(100)分别与循环系统(B)和分离系统(D)连通；

所述循环系统(B)包括设有排气阀(4)的密封箱(5)，所述供气输出管道 (100)通入所述密封箱(5)中；密封箱(5)内设有气体压缩机(6)，密封箱(5)的 输出管道(50)包括通向反应系统(E)的第一输出管道(501)和返回密封箱(5)的 回路管道(502)；

所述分离系统(D)包括冷凝管(19)，所述供气输出管道(100)与冷凝管(19) 连通，冷凝管(19)通过连通管道(191)与反应系统(E)连通，所述连通管道(191) 伸入冷凝管(19)中；

所述检测系统(C)包括计算机系统及气相色谱仪(21)，气相色谱仪(21)安 装于与冷凝管(19)连通的检测管道(190)上；

所述反应系统(E)包括密闭的反应器主体(12)，所述连通管道(191)与反应 器主体(12)连通，反应器主体(12)中央设置管式光源(14)，反应器主体(12)底 部设有气体喷管(11)，反应器主体(12)顶部设置加料口(13)，反应器主体(12) 外围是加热带(F1)；所述加热带(F1)缠绕在反应器主体外壁(F2)上；所述气体 喷管(11)与第一输出管道(501)连通，气体喷管(11)上方为气体分布板(F6)， 气体喷管(11)底部安装卸料阀(10)；

所述管式光源(14)外围是石英管(F7)，所述石英管(F7)周围是光催化膜 (F4)，所述光催化膜(F4)通过催化膜支架(F9)安装于反应器主体(12)中，所述 反应器主体外壁(F2)和光催化膜(F4)围成降液区(F3)，所述石英管(F7)和光催 化膜(F4)围成升液区(F5)。

2.如权利要求1所述的内环流密闭式光催化还原CO₂膜反应装置，其特征 在于：所述光催化膜(F4)是经金属和非金属元素掺杂改性的TiO₂催化剂。

3.如权利要求1或2所述的内环流密闭式光催化还原CO₂膜反应装置，其 特征在于：所述TiO₂催化剂以膜的形式负载于环形折叠玻璃上，折叠围绕在石 英管(F7)周围。

4.如权利要求1所述的内环流密闭式光催化还原CO₂膜反应装置，其特征 在于：所述管式光源(14)可为波长为200-800nm的紫外光或者可见光。

5.如权利要求1所述的内环流密闭式光催化还原CO₂膜反应装置，其特征 在于：所述反应器主体(12)顶部设有密封夹(15)以及密封垫(16)。

6.如权利要求1所述的内环流密闭式光催化还原CO₂膜反应装置，其特征 在于：所述密封箱(5)设有第一压力计(3)，所述第一输出管道(501)上设有气 体流量计(8)且末端设有防止反应液倒流的止逆阀(9)；所述回路管道(502)上 设有控制进入反应器主体(12)的CO₂流量的旁路调节阀(7)。

7.如权利要求1所述的内环流密闭式光催化还原CO₂膜反应装置，其特征 在于：所述连通管道(191)上设有防止液体喷出反应器主体(12)的缓冲槽(17) 和第二压力计(18)。

8.如权利要求1所述的内环流密闭式光催化还原CO₂膜反应装置，其特征 在于：所述冷凝管(19)底部设有取样口(20)。

9.一种用如权利要求1所述的内环流密闭式光催化还原CO₂膜反应装置还 原CO₂的方法，其特征在于：包括以下步骤：

按照以下重量份配置溶液：0.10mol/L的Na₂SO₃和0.10mol/L的NaOH溶 液200mL混合，将上述溶液加入反应器主体(12)中；

打开减压阀(2)及排气阀(4)，同时打开加料口(13)和气体压缩机(6)，关 闭卸料阀(10)，将反应系统(E)中的空气尽量排除；

关闭减压阀(2)及排气阀(4)和进料口(13)，气体从气体喷管(11)进入反应 器主体(12)中；30min后打开管式光源(14)，关闭气源；

进行光催化还原CO₂反应，反应完成后关闭管式光源(14)和气体压缩机 (6)，打开卸料阀(10)，收集样品；

对反应器主体(12)进行清洗，必要时可更换光催化膜(F4)，进行下一次还 原反应。